一种基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎，包括场景编辑器、数据中间件、渲染中间件和图像融合中间件，场景编辑器和数据中间件为渲染中间件提供数据支持；场景编辑器用于输出渲染对象及配置文件；数据中间件解析配置文件形成源文件，将渲染对象转化为内部数据格式，最终将源文件和内部数据格式编译为动态库；渲染中间件对不同类型的渲染对象处理，检查和决定渲染对象执行顺序；图像融合中间件处于整个系统的最末端，整合渲染对象数据，并借助操作系统所提供的驱动程序输出到硬件。本发明专利技术采用上述结构的基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎，降低了训练场景的搭建周期，满足跨平台、跨应用场景使用，灵活性与运行效率之间相对更加均衡。对更加均衡。对更加均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎


[0001]本专利技术涉及图像引擎
，尤其是涉及一种基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎。

技术介绍

[0002]如图1所示，图像引擎核心功能在于，为应用图形数据组织者提供易用的场景编辑、配置功能，自动、高效地将场景在时域上拆分为“帧”供应用业务开发者调用，并在渲染模块中进一步分解、组合、优化为基本绘制单元甬道，最后通过图像融合技术，组合成画面并呈现给最终用户。
[0003]其中，“场景”的概念源自传统引擎中“场景图”概念。场景图采用分层的树状数据结构来组织图形图像数据在三维、逻辑、开关、特效、乃至绘制控制等方面的关系。
[0004]场景图的顶部为根节点，从根节点向下延伸，每个组节点中可包含了包括几何、矩阵变换和渲染控制状态等元信息。在场景图最底部，每个叶节点包含构成场景物体的实际几何信息。几何元素的元信息(逻辑、开关、特效、控制等)，根据类型由上而下逐层进行覆盖、继承、合并等操作获得。在程序运行期，每一渲染周期内，传统引擎均需要遍历整个场景图，生成临时性的渲染台和以及渲染单元渲染叶，并在执行后销毁。将这种引擎设计方式称为“运行期场景图”。
[0005]这种引擎设计方式，目前面临如下考验：
[0006]1、跨软硬件平台的需求，在军事应用领域，各种差异巨大的软硬件平台都需要图形引擎实现2D/3D图像显示功能，从武器装备到模拟训练系统，从作战指挥系统到便携式终端(平板电脑)及新兴的AR/MR终端。
[0007]2、行业用户跨应用场景的需求，与跨软硬件平台相对的，是跨应用场景的需求。两者的内在需求一致，即如何最大化的重用行业知识，提高知识的使用效率、提高应用的开发速度和效率，降低软件的开发和维护成本。
[0008]3、引擎使用的灵活性和运行效率之间的矛盾，从游戏界图形引擎研发的经验来看，一如图形API的设计，引擎使用的灵活性和应用运行时的高效性是一组永恒的矛盾。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供了一种设计期场景图的引擎方式，用以解决上述两个需求和一个矛盾的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0011]一种基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎，包括场景编辑器、数据中间件、渲染中间件和图像融合中间件，场景编辑器和数据中间件为渲染中间件提供数据支持；
[0012]场景编辑器组织渲染对象之间的逻辑关系，完成渲染对象之间元信息的共享，并输出渲染对象及配置文件；
[0013]数据中间件解析配置文件形成语法树，并针对目标输出平台优化语法树形成源文
件，将渲染对象转化为内部数据格式，最终将源文件和内部数据格式编译为动态库；
[0014]渲染中间件调用计算着色器、着色器对不同类型的渲染对象处理，并根据源文件在编译和构建时检查和决定渲染对象执行顺序；
[0015]图像融合中间件处于整个系统的最末端，位于引擎和硬件驱动层之间；根据源文件，通过图像融合算法整合渲染对象数据，并借助操作系统所提供的驱动程序输出到硬件。
[0016]优选的，渲染对象包括地景数据系统、仿真模型、天空、海洋、大气系统、粒子系统、传感器影像，地景数据系统包括地形高程数据、地形影像数据。
[0017]优选的，场景编辑器包括接口、交互、视图、逻辑、样式、状态/属性六部分组件；接口组件对外提供具体功能与扩展，对内传递外部属性；交互组件用于收集应用图形数据组织者提交的渲染对象数据；视图组件为可视化图形界面，用于应用图形数据组织者提交渲染对象数据；逻辑组件将常见逻辑进行封装与抽取，用于对渲染对象的数据状态进行处理；样式组件用于对目前样式进行系统化的整改；状态/属性组件是一系列I/O和逻辑处理的内在体现，用于具象化开发具体应用场景中渲染对象的状态与属性值。
[0018]优选的，配置文件为xml格式。
[0019]优选的，数据中间件还设置有解析和验证模块，采用验证、迭代的技术手段，根据配置文件对源文件进行一致性验证。
[0020]本专利技术采用上述结构的基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎，具有如下优势：
[0021]1、能够给飞机机载设备上图形图像方面的设计应用和模拟仿真训练设备研发之间架起了一道天然的桥梁，使得机载环境下的一些设计应用可以比较方便的转换为模拟训练设备中的仿真程序，缩短模拟装备研发周期，降低研发成本，也大大提升模拟训练设备的仿真度；
[0022]2、使得无论是飞机机载设备设计人员还是模拟训练设备仿真人员都不再为硬件和软件系统环境的差异而头疼，尤其在模拟仿真方面，不再受制于国外视景系统三维引擎的开发限制，能够更加灵活的对软件功能进行裁剪、更改、优化等。
[0023]3、平衡灵活性与运行效率之间的考量，使训练场景更加直观逼真，训练效果更好。在虚拟战场中既可以进行战术层次的演练，又可以进行战略层次的推演，作战计划制订人员可以通过虚拟场景仿真进行方案的评估与筛选。
附图说明
[0024]图1为现有引擎结构与不同类型使用者的对应关系；
[0025]图2为本专利技术实施例的引擎结构框图；
[0026]图3为本专利技术实施例的引擎结构与不同类型使用者的对应关系；
[0027]图4为本专利技术实施例中场景编辑器的组成框图；
[0028]图5为本专利技术实施例中数据中间件的组成框图；
[0029]图6为本专利技术实施例中图像融合中间件的组成框图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0031]本方案中，引擎采用的是设计期场景图设计模式。通过引入数据中间件和渲染中
间件，在应用编译阶段遍历渲染图，生成基本绘制单元甬道，以提升运行期效率、并为跨平台提供可能性。
[0032]这种思路源自如下四个观察：
[0033]1、在飞行仿真和机载设备中，画面场景的类型相对固定。运行期场景树所提供的极度灵活性不足以弥补其带来的效率损失。
[0034]2、对于引擎使用者来说，由于运行期场景图涵盖所有类型的数据组织：空间、逻辑、从属、效果乃至渲染的先后关系，故对引擎的使用者要求高，且没有细分。导致应用业务开发者需掌握从3D建模、
[0035]设计期场景图，将对人员的需求细分为应用图形数据组织者和应用业务开发者，分别为两类工作人员提供不同的工作环境和界面，降低了对工作人员的技能知识需求，提高生产效率。
[0036]3、从90年代以来，以Java为代表的JIT(Just in Time)类型的计算组织理念，由于CPU技术在处理速度方面发展的相对停滞、多核技术无助于此类问题的解决，开始被重新审视。在越来越多的应用中，AOT(AheadofTime)等技术路线开始被广泛采用。即将应用的全生命期(设计、构建、运行)纳入考虑并充分加以利用。在游戏领域，以UnrealEngine为代表的新一代游戏引擎，在商业模型的支持下，采用提供全部引擎源码，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎，其特征在于：包括场景编辑器、数据中间件、渲染中间件和图像融合中间件，场景编辑器和数据中间件为渲染中间件提供数据支持；场景编辑器组织渲染对象之间的逻辑关系，完成渲染对象之间元信息的共享，并输出渲染对象及配置文件；数据中间件解析配置文件形成语法树，并针对目标输出平台优化语法树形成源文件，将渲染对象转化为内部数据格式，最终将源文件和内部数据格式编译为动态库；渲染中间件调用计算着色器、着色器对不同类型的渲染对象处理，并根据源文件在编译和构建时检查和决定渲染对象执行顺序；图像融合中间件处于整个系统的最末端，位于引擎和硬件驱动层之间；根据源文件，通过图像融合算法整合渲染对象数据，并借助操作系统所提供的驱动程序输出到硬件。2.根据权利要求1所述的基于Vulkan的飞行仿真用视景引擎，其特征在于：渲染对象包括地景数据系统、仿真模型、天空、海洋、大气系统、粒子系统、传感器影像，地景数据系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德田，侯健，彭勇，李佳益，梁文杰，赵建羽，姚勇，马潇潇，谢保川，
申请(专利权)人：中国人民解放军六六三五零部队，
类型：发明
国别省市：